agud

V tomto článku by som sa chcel venovať ďalšej z fyzikálnych veličín a tou je sila.

Sila vzniká vďaka vzájomnému pôsobeniu dvoch telies, prípadne medzi fyzikálnymi poľami (gravitačným poľom a elektrickým poľom) a telesom.

Jednotkou sily je Newton  N.

Sila 1N vyjadruje množstvo energie (mechanickej práce) ktorú predá jedno teleso druhému telesu za jednotku času 1s.

Vzorec na výpočet sily  F = m * a.

F = sila,     m = hmotnosť,    a = zrýchlenie,

Sila F vyvolá u telesa o hmotnosti m zrýchlenie a.

Aby teleso o hmotnosti 5kg dosiahlo za 1s rýchlosť 2m/s, musí naň pôsobiť sila 10N.

a = v/t = 2/1 = 2m/s²,   F = m*a = 5*2 = 10N,

Za 1s vykoná sila 10N prácu W = F*t = 10*1 = 10J

W = F*s = 0,5*m*v² = 0,5*5*2² = 10J,

V tomto prípade je množstvo vykonanej práce podľa obidvoch vzorcov rovnaké.

Aby teleso o hmotnosti 5kg dosiahlo rýchlosť 4m/s, musí naň pôsobiť sila 10N 2-krát dlhší čas 2s.

Za 2s vykoná sila 10N prácu W = F*t = 10*2 = 20J

W = F*s = 0,5*m*v² = 0,5*5*4² = 40N,

Na dosiahnutie 2-krát väčšej rýchlosti musí rovnaká sila pri rovnakej hmotnosti telesa vykonať 2-krát viacej práce a nie 4-krát, ako to vychádza podľa platného vzorca na výpočet práce.

Skutočné množstvo práce pri rovnomerne zrýchlenom pohybe je možné vypočítať iba podľa vzorca W = F*t!

Aby teleso o hmotnosti m dosiahlo rýchlosť v je potrebné vždy vykonať rovnaké množstvo práce W, bez ohľadu na veľkosť použitej sily.

Ak použijem silu F, teleso o hmotnosti m bude mať zrýchlenie a a rýchlosť v dosiahne za čas t.

F = 20N,   m = 2kg,   v = 10m/s,    a = F/m = 20/2 = 10m/s².

t = v/a = 10/10 = 1s.      W = F*t = 20*1 = 20J,

Ak použijem silu 2F, teleso o hmotnosti m bude mať zrýchlenie 2a a rýchlosť v dosiahne za čas 0,5t.

F = 40N,  m = 2kg,    v = 10m/s,    a = F/m = 40/2 = 20m/s2,

t = v/a = 10/20 = 0,5s     W = F*t = 40*0,5 = 20J,

Ak použijem silu 0,5F teleso o hmotnosti m bude mať zrýchlenie 0,5a a rýchlosť v dosiahne za čas 2t.

F = 10N,  m = 2kg,    v = 10m/s,    a = F/m = 10/2 = 5m/s2,

t = v/a = 10/5 = 2s,        W = F*t = 10*2 = 20J,

Aby teleso o hmotnosti m dosiahlo rýchlosť v je potrebné vykonať vždy rovnaké množstvo práce bez ohľadu na veľkosť použitej sily. Väčšia sila koná prácu kratší čas a menšia sila koná prácu dlhší čas.

Za kinetickú energiu je možné považovať iba prácu ktorú vykoná sila F za čas t pri rovnomerne zrýchlenom pohybe. Ek = W = F*t = m*v.

Pri rovnomerne zrýchlenom pohybe sila F nekoná prácu na celej dráhe čo platný vzorec na výpočet práce ignoruje a preto podľa platného vzorca W = F*m vychádza podstatne väčšia práca.

Sila koná prácu iba počas zmeny rýchlosti.

Pri zrýchlení 10m/s² teleso zmení rýchlosť za 1s z 0m/s na 10m/s, alebo z 10m/s na 20m/s, alebo z 20m/s na 30m/s.  Pri každej zmene rýchlosti prejde teleso za 1s vzdialenosť 0,5*a = 5m.

Hoci za 3s prejde teleso 45m, sila koná prácu iba na dráhe 3*5m = 15m.

Podľa vzorca W = F*s je možné počítať iba prácu potrebnú na prekonanie trenia a odporu prostredia. Túto prácu nieje možné považovať za kinetickú energiu, lebo sa počas pohybu spotrebováva na prekonanie trenia a odporu prostredia!

Pri každom pohybe vzniká trenie. Silu potrebnú na prekonanie trenia je možné vypočítať podľa vzorca,  Ft = fo * Fn

Ft = trecia sila

fo = súčiniteľ pokojového trenia.

Fn = sila kolmá na smer pohybu (tiaž).

Na prácu potrebnú na prekonanie trenia nemá rýchlosť a ani čas žiaden vplyv a preto je závislá iba od trecej sily a dráhy. Prácu, potrebnú na prekonanie trenia na vzdialenosti s je možné vypočítať podľa vzorca  W = Ft * s.

Ft = trecia sila

s = dráha

Práca potrebná na prekonanie trenia sa počas pohybu spotrebováva na prekonanie trenia a preto ju nieje možné považovať za kinetickú energiu.

To isté platí aj pre prácu potrebnú na prekonanie gravitácie na dráhe s.

W = Fg * s.

Fg = gravitačná sila

s = dráha

Na prácu potrebnú na prekonanie gravitácie nemá rýchlosť a ani čas žiaden vplyv a preto je závislá iba od gravitačnej sily a dráhy (výšky). Práca potrebná na prekonanie gravitácie sa počas pohybu spotrebováva na prekonanie gravitácie a preto ju nieje možné považovať za kinetickú energiu.